一种基于C扫描超声图像的三维重建方法技术

一种基于C扫描超声图像的三维重建方法，属于图像处理技术应用研究领域。本发明专利技术采用可调窗口阈值法对C扫描超声图像的二值化，并实现了基于轮廓数据的三维重建，其特征在于：利用可调窗口阈值法对C扫描超声图像的二值化，并应用数学形态学方法对二值化图像进行处理，提取出相应的轮廓，从而实现了基于轮廓数据的三维重建方法。本发明专利技术能突出反映三维重建数据的细节信息，提高了重建三维结果显示速度，在工业无损检测、医学超声图像处理、医疗超声设备检测等领域有着广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种图像处理
的方法，具体是一种基于C扫描超声图像的三维重建方法。
技术介绍
随着计算机数字图像技术在工业检测领域的应用和推广，超声成像技术逐渐成为无损检测技术中的一项有效地评价手段。而结合了数字图像处理、超声成像、信号处理以及计算机技术的超声C扫描图像处理方法已经成功地应用到无损检测技术中的超声检测工程中。由于可以提供直观和大量的材料内部结构图像，缺陷的定量、定性、定位更加准确等，超声C扫描成像越来越受到广泛的关注。因此，本专利技术研究的基于C扫描超声图像的三维重建方法具有重要的实用价值。经对现有技术的文献检索发现，艾春安等人在文献《粘结结构超声波C扫描检测的三维图像重构》(机床与液压，2011，第39卷，第16期，页码:80-83)上，阐述了利用超声波检测系统对固体火箭发动机粘结结构进行C扫描得到的图像，通过三次线性插值方法得到图像中像素点的体数据，并进行基于体数据的三维重建，获得了粘结结构的三维图像，较真实地反映了粘结结构内部的缺陷情况。Sun Changli等人在文献《Three dimensional imaging based on ultrasonic linear phased array probe》(Proceedings,2014IEEE Far East Forum on Nondestructive Evaluation/Testing:New Technology and Application,Increasingly Perfect NDT/E,2014,第1卷，页码:98-101)上，阐述了利用线性相控阵列探头获得的图像进行人工缺陷三维可视化。该方法先利用二维图像的位置和方向构造三维体数据结构，并根据相邻二维图像点的二次线性插值获得三维数据点值，从而重建了人工缺陷的三维结构。以上这些无损检测领域的基于C扫描图像的三维重建方法都是要利用插值方法，如三次线性插值、二次线性插值等来获得更稠密数据，并通过基于体数据描述的方法研究超声C扫描图像的三维重建。这些采用基于体数据三维重建的方法存在主要问题是需要提前已知精确的二维图像的位置和方向，并且要求通过插值增加数据点来更直观描述重建对象的三维结构。这些方法影响了基于图像数据三维重建的便利性和灵活度，并且通过插值增加的稠密数据降低了三维显示时的速度。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述问题，其目的在于：研究一种既能方便灵活的重建对象的三维结构，又能较快显示三维重建数据的基于C扫描超声图像三维重建方法。根据本专利技术，能够提供方便灵活的基于C扫描超声图像的三维重建方法；能突出反映出三维重建数据的细节信息；能提高重建三维数据显示速度等。应用所述的基于C扫描超声图像三维重建方法，其特征在于，步骤如下：(1)输入样本的上表面超声扫描信号数据X＝[x1,x2,…xn-1,xn]，其中n表示所有扫描数据的总数。(2)根据样本的超声速度v米/秒和信号在频率为f赫兹下的采样时间Δt，计算出样本对应的高度(单位：米)其中v水表示样本测量条件下超声在水中的传播速度。并利用C扫描超声图像原理得到样本对应扫描深度的超声图像数据，C扫描超声图像数据描述为Xi＝[xk,xk+1,…xk+m],(1<k<n；k+m<n)其中i表示图像数量，k表示第i幅图像的起点数据，m表示第i幅图像的数据总量。(3)对C扫描超声图像数据Xi先进行高斯滤波，并采取可调窗口阈值法将图像转化为二值化图像；首先，计算窗函数W1内信号Xi的最大值 X max = max ( [ x k , x k + 1 , . . . x k + W 1 ] ) ]]>和最小值 X max = min ( [ x k , x k + 1 , . . . x k + W 1 ] ) ]]>并对信号Xi进行排序；然后，根据排序结果选择中值信号A1，当信号Xi内小于中值信号A1的个数达到总信号的50％及以上时，选择尺寸小的窗函数W2，重新进行排序并选择中值信号A2作为阈值T；否则，直接选择窗函数W1内的中值信号A1作为阈值T。最后，滑动窗函数W1和W2对每一幅C扫描超声图像进行处理，选择设定阈值对图像进行二值化处理，即二值化结果B(u,v)为其中I(u,v)表示C扫描超声图像中对应像素点(u,v)的灰度值。(4)对二值化图像B(u,v)进行数学形态学中的开运算和闭运算，删除小面积的斑点，并对封闭图形中的孔洞填充，并提取出相应的轮廓。(5)根据步骤(2)计算出样本对应的高度，以及步骤(4)提取的二维轮廓数据，从而获得样本的三维数据点(p,q,d)，其中(p,q)为二维轮廓在图像上像素位置，d∈[0,h]为二维图像对应样本的实际高度位置，然后利用三维数据场可视化中的表面绘制方法获得样本的三维重建结果。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。以下结合具体实例对本专利技术的一种基于C扫描超声图像的三维重建方法内容做进一步的详细说明：第一步：读取C扫描超声信号数据；对某仿组织材料样本，提取其超声C扫描信号900条，其中每条信号共有800个采样点。第二步：计算样本的高度及其对应的C扫描超声图像数据；样本的超声速度1528米/秒，水在超声中的速度1478米/秒，样本插入超声后的延迟时间0.4微秒，计算出样本对应的高度为18毫米；于是，可以得到样本横截面测C扫描超声图像800幅，图像大小为30×30像素点。第三步：采用可调窗口阈值法将图像转化为二值化图像；首先对C扫描超声图像数据进行高斯滤波，设置一个宽度为W1(W1＝21)像素的窗口函数对其进行处理，计算窗口函数内的最大值和最小值并进行排序；然后，根据排序结果，判断是否进行变窗口函数W2(W2＝11)进行处理；最后，选择相应的阈值T＝0.32获得C扫描超声图像的二值化结果。第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于C扫描超声图像的三维重建方法；其特征在于：根据样本的超声速度和信号采样时间，计算出样本对应的高度，并利用C扫描超声图像原理得到样本对应扫描深度的超声图像数据；利用可调窗口阈值法对C扫描超声图像的二值化，并应用数学形态学方法对二值化结果进行处理，提取出相应的轮廓。

【技术特征摘要】
1.一种基于C扫描超声图像的三维重建方法；其特征在于：根据样本的超声速度和信号采样时间，计算出样本对应的高度，并利用C扫描超声图像原理得到样本对应扫描深度的超声图像数据；利用可调窗口阈值法对C扫描超声图像的二值化，并应用数学形态学方法对二值化结果进行处理，提取出相应的轮廓。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用可调窗口阈值法对C扫描超声图像的二值化，对于样本总的C扫描超声图像数据X＝[x1,x2,…,xn-1,xn]，选择第i幅图像的数据Xi＝[xk,xk+1,…xk+m],(1<k<n；k+m<n)其中i表示图像数量，k表示第i幅图像的起点数据，m表示第i幅图像的数据总量，n表示所有扫描图像数据的总数；计算窗函数W1内信号Xi的最大值和最小值并对窗函数W1内的信号Xi进行排序，中值信号为A1；当Xi在窗函数W1内的所有信号幅值比中值信号A1幅值小的个数达到总个数的一半及以上时，重新选择窗函数W2，W2比W1小；并对窗函数W2内的信号Xi重新进行排序，选择窗函数W2内的中值信号A2作为阈值T；否则，直接选择窗函数W1内的中值信号A1作为阈值T；滑动窗函数W1和W2对第i幅C扫描超声图像进行处理，根据选择的阈值T对图像进行二值化处理，即获得第i幅C扫描超声图像二值化结果Bi(u,v)为其中Ii(u,v)表示第i幅C扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝海江，
申请(专利权)人：北京爱科声科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11